Beginsel en toepassing vanEDFA erbium-gedoteerde vezelversterker
De basisstructuur vanEDFAErbium-gedoteerde vezelversterker, die voornamelijk bestaat uit een actief medium (tientallen meters lange gedoteerde kwartsvezel, kerndiameter 3-5 micron, dopingconcentratie (25-1000) x 10-6), pomplichtbron (990 of 1480 nm LD), optische koppelaar en optische isolator. Signaallicht en pomplicht kunnen zich in dezelfde richting (co-pompen), tegengestelde richting (reverse pumping) of beide richtingen (bidirectioneel pompen) voortplanten in de erbiumvezel. Wanneer het signaallicht en pomplicht tegelijkertijd in de erbiumvezel worden geïnjecteerd, wordt het erbiumion geëxciteerd tot het hoge energieniveau (drie-niveausysteem) onder invloed van het pomplicht, en snel vervallend naar het metastabiele niveau. Wanneer het terugkeert naar de grondtoestand onder invloed van het invallende signaallicht, wordt het foton dat overeenkomt met het signaallicht uitgezonden, waardoor het signaal wordt versterkt. Het versterkte spontane emissie (ASE)-spectrum heeft een grote bandbreedte (tot 20-40 nm) en heeft twee pieken die respectievelijk overeenkomen met 1530 nm en 1550 nm.
De belangrijkste voordelen vanEDFA-versterkerhebben een hoge versterking, grote bandbreedte, hoog uitgangsvermogen, hoge pompefficiëntie, laag invoegingsverlies en zijn ongevoelig voor polarisatiestatussen.
Het werkprincipe van de erbiumgedoteerde vezelversterker
De Erbium-gedoteerde vezelversterker（EDFA optische versterker） bestaat voornamelijk uit een erbiumgedoteerde vezel (ongeveer 10-30 m lang) en een pomplichtbron. Het werkingsprincipe is dat de erbiumgedoteerde vezel gestimuleerde straling genereert onder invloed van de pomplichtbron (golflengte 980 nm of 1480 nm), en het uitgestraalde licht verandert met de verandering van het ingangslichtsignaal, wat gelijk staat aan versterking van het ingangslichtsignaal. De resultaten tonen aan dat de versterking van een erbiumgedoteerde vezelversterker gewoonlijk 15-40 dB bedraagt en dat de relaisafstand met meer dan 100 km kan worden vergroot. Mensen kunnen het dus niet laten om zich af te vragen: waarom hebben wetenschappers bedacht om gedoteerd erbium in een vezelversterker te gebruiken om de intensiteit van lichtgolven te verhogen? We weten dat erbium een zeldzaam aardelement is en dat zeldzame aardelementen hun speciale structurele kenmerken hebben. Het dopen van zeldzame aardelementen in optische apparaten wordt al lange tijd gebruikt om de prestaties van optische apparaten te verbeteren, dus dit is geen toevallige factor. Bovendien, waarom is de golflengte van de pomplichtbron gekozen voor 980 nm of 1480 nm? De golflengte van de pomplichtbron kan in feite 520 nm, 650 nm, 980 nm en 1480 nm zijn, maar de praktijk heeft uitgewezen dat de laserefficiëntie van de 1480 nm pomplichtbron het hoogst is, gevolgd door de golflengte van de 980 nm pomplichtbron.
Fysieke structuur
Basisstructuur van de erbiumgedoteerde vezelversterker (EDFA optische versterker). Er is een isolator aan de ingangs- en uitgangszijde, met als doel het optische signaal in één richting te sturen. De pompexciter heeft een golflengte van 980 nm of 1480 nm en wordt gebruikt om energie te leveren. De koppelaar koppelt het optische ingangssignaal en het pomplicht aan de erbiumgedoteerde vezel en draagt de energie van het pomplicht over aan het optische ingangssignaal via de erbiumgedoteerde vezel, om zo de energieversterking van het optische ingangssignaal te realiseren. Om een hoger optisch uitgangsvermogen en een lagere ruisindex te verkrijgen, maakt de in de praktijk gebruikte erbiumgedoteerde vezelversterker gebruik van de structuur van twee of meer pompbronnen met isolatoren in het midden om elkaar te isoleren. Om een bredere en vlakkere versterkingscurve te verkrijgen, wordt een versterkingsafvlakkingsfilter toegevoegd.
De EDFA bestaat uit vijf hoofdonderdelen: erbiumgedoteerde vezel (EDF), optische koppelaar (WDM), optische isolator (ISO), optisch filter en pompvoeding. Veelgebruikte pompbronnen zijn 980 nm en 1480 nm. Deze twee pompbronnen hebben een hogere pompefficiëntie en worden vaker gebruikt. De ruiscoëfficiënt van de 980 nm pomplichtbron is lager; de 1480 nm pomplichtbron heeft een hogere pompefficiëntie en kan een groter uitgangsvermogen bereiken (ongeveer 3 dB hoger dan de 980 nm pomplichtbron).
voordeel
1. De bedrijfsgolflengte komt overeen met het minimale dempingsvenster van single-modevezel.
2. Hoge koppelingsefficiëntie. Omdat het een vezelversterker is, is hij eenvoudig te koppelen met de transmissievezel.
3. Hoge energieomzettingsefficiëntie. De kern van EDF is kleiner dan die van transmissievezels, en het signaallicht en pomplicht worden gelijktijdig door EDF-vezels doorgelaten, waardoor de optische capaciteit zeer geconcentreerd is. Dit zorgt voor een zeer intense interactie tussen licht en het Er-ion van het versterkende medium, in combinatie met de juiste lengte van de erbiumgedoteerde vezel, waardoor de omzettingsefficiëntie van lichtenergie hoog is.
4. Hoge versterking, lage ruisindex, groot uitgangsvermogen, lage overspraak tussen kanalen.
5. Stabiele versterkingskarakteristieken: EDFA is niet gevoelig voor temperatuur en de versterking heeft weinig correlatie met polarisatie.
6. De versterkingsfunctie is onafhankelijk van de bitsnelheid van het systeem en het gegevensformaat.
tekortkoming
1. Niet-lineair effect: EDFA versterkt het optische vermogen door het optische vermogen dat in de vezel wordt geïnjecteerd te verhogen, maar hoe groter hoe beter. Wanneer het optische vermogen tot op zekere hoogte wordt verhoogd, zal het niet-lineaire effect van de optische vezel optreden. Daarom is het bij het gebruik van optische vezelversterkers belangrijk om aandacht te besteden aan de waarde van het regelen van het inkomende optische vermogen van de enkelkanaals vezel.
2. Het golflengtebereik van de versterking is vast: het werkgolflengtebereik van C-band EDFA is 1530 nm tot 1561 nm; het werkgolflengtebereik van L-band EDFA is 1565 nm tot 1625 nm.
3. Ongelijkmatige versterkingsbandbreedte: De versterkingsbandbreedte van een EDFA-erbiumgedoteerde glasvezelversterker is zeer breed, maar het versterkingsspectrum van EDF zelf is niet vlak. Om de versterking in een WDM-systeem af te vlakken, moet een versterkingsvlakfilter worden gebruikt.
4. Probleem met lichtpiek: Wanneer de lichtweg normaal is, worden de erbiumionen die door het pomplicht worden geëxciteerd, door het signaallicht weggevoerd, waardoor de versterking van het signaallicht wordt voltooid. Als het ingangslicht wordt afgekapt, omdat de metastabiele erbiumionen zich blijven ophopen, zal de energie toenemen zodra de ingangsstroom van het signaallicht is hersteld, wat resulteert in een lichtpiek.
5. De oplossing voor optische piekspanning is het realiseren van de automatische optische vermogensreductie (APR) of automatische optische uitschakeling (APSD)-functie in EDFA. Dat wil zeggen dat EDFA automatisch het vermogen reduceert of het vermogen automatisch uitschakelt als er geen lichtinval is, waardoor het optreden van het piekverschijnsel wordt onderdrukt.
Toepassingsmodus
1. De versterker wordt gebruikt om het vermogen van signalen met meerdere golflengten na de boostergolf te versterken en deze vervolgens door te sturen. Omdat het signaalvermogen na de boostergolf over het algemeen groot is, zijn de ruisindex en versterking van een eindversterker niet erg hoog. Heeft een relatief groot uitgangsvermogen.
2. De lijnversterker, na de eindversterker, wordt gebruikt om periodiek het lijntransmissieverlies te compenseren, waarvoor over het algemeen een relatief kleine ruisindex en een groot optisch uitgangsvermogen nodig zijn.
3. Voorversterker: Vóór de splitter en na de lijnversterker wordt deze gebruikt om het signaal te versterken en de gevoeligheid van de ontvanger te verbeteren (indien de optische signaal-ruisverhouding (OSNR) aan de eisen voldoet, kan het hogere ingangsvermogen de ruis van de ontvanger zelf onderdrukken en de ontvangstgevoeligheid verbeteren). De ruisindex is bovendien zeer laag. Er worden geen hoge eisen gesteld aan het uitgangsvermogen.
Plaatsingstijd: 17-03-2025